天線與饋線匹配中的平衡與不平衡變換

很多天線如半波振子天線、折合振子天線、環(huán)行天線等都是平衡饋電的，它們都有兩個(gè)饋電點(diǎn)，它們都有個(gè)特點(diǎn)：兩個(gè)饋電點(diǎn)的信號(hào)電壓（或電流）的相位是互為反相的。而主饋電纜常常都是用同軸電纜，同軸電纜屬于不平衡（不對(duì)稱）饋線，其內(nèi)導(dǎo)體是饋電點(diǎn)，而外導(dǎo)體是地線點(diǎn)，不參與饋電。所以就算天線的特性租抗與同軸電纜相同也不能直接連接，否則，會(huì)破壞天線的對(duì)稱性，使天線兩臂上的電流大小不等，這種不平衡性會(huì)改變天線的方向圖，使之成為不對(duì)稱的方向圖，從而使饋線可能接收到各種干擾波和使饋線與天線失配。因此，在天線與同軸線連接時(shí)，不僅要考慮阻抗匹配而且還要進(jìn)行平衡--不平衡變換。

1、λ/4平衡變換器（λ是信號(hào)頻率的波長(zhǎng)）

λ/4平衡變換如圖1所示，半波振子的輸入阻抗是75歐的平衡負(fù)載，用75歐的同軸電纜與之配接雖然阻抗是匹配了，但平衡卻不匹配，必須加入一個(gè)平衡變換器。 半波振子的一臂與主饋線外導(dǎo)體相連（圖1中的A點(diǎn)），另一臂與λ/4導(dǎo)體上端和同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體相連接（圖1中的B點(diǎn)），λ/4導(dǎo)體的下端則通過(guò)短接金屬環(huán)與主饋線的外導(dǎo)體相接（圖1中的C點(diǎn)）。那么A--》B點(diǎn)之間的距離為λ/2，所以，B點(diǎn)的信號(hào)送到A點(diǎn)時(shí)剛好反相，這樣一來(lái)就把同軸線的不對(duì)稱變?yōu)閷?duì)稱了。從A、B兩點(diǎn)向短接金屬環(huán)看進(jìn)去是一段λ/4的短路線，其阻抗為無(wú)窮大，所以對(duì)阻抗匹配不會(huì)造成影響。

2、不對(duì)稱U型環(huán)平衡變換

如圖2所示，它由兩段特性阻抗均為75歐的同軸線構(gòu)成，其中一段為λ/4，另一段為3λ/4，兩段同軸線的內(nèi)導(dǎo)體分別與半波振子的兩臂A、B相連，另一端與主饋電纜相連于C點(diǎn)，可見主饋線到振子兩饋電點(diǎn)路徑的波程相差為3λ/4-λ/4=λ/2，即兩饋電點(diǎn)的信號(hào)電壓大小相等，方向相反。因而保證了平衡饋電。

阻抗匹配：由于半波振子是平衡式的，每個(gè)饋電點(diǎn)對(duì)地阻抗為75/2=37.5歐，饋電點(diǎn)A通過(guò)λ/4的75歐電纜到C點(diǎn)的阻抗為：75平方/37.5=150歐，饋電點(diǎn)B通過(guò)3λ/4（λ/4的奇數(shù)倍）75歐電纜到C點(diǎn)的阻抗為：75平方/37.5=150歐，那么C點(diǎn)的合成阻抗為：150/2=75歐。顯然和主饋電纜的阻抗是匹配的。

3、λ/2平衡變換器

λ/2平衡變換器又叫U型平衡變換器，如圖3所示，折合半波振子天線（輸入阻抗為300歐）與會(huì)75歐的同軸線連接時(shí)，二者阻抗不匹配，因此必須在它們之間加裝U型平衡變換器。從圖3可看出，饋電點(diǎn)A和B的對(duì)地阻抗為300/2=150歐，信號(hào)從主饋電纜傳至A點(diǎn)分成兩路，分別供給振子左右兩邊的負(fù)載。由于A、B兩饋電點(diǎn)的波程差為λ/2。因此，A、B兩饋電點(diǎn)的電源大小相等，方向相反，從而達(dá)到了平衡變換的目的。

再看阻抗方面，由于A、B兩點(diǎn)的對(duì)地阻抗均為150歐，那么合成在一起后，A點(diǎn)的阻抗應(yīng)為兩饋電點(diǎn)的并聯(lián)值即150/2=75歐，所以阻抗也是匹配的。